化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計,化工原理課程設(shè)計列管式換熱器的設(shè)計

大家好！今天讓小編來大家介紹下關(guān)于化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計,化工原理課程設(shè)計列管式換熱器的設(shè)計的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

列管式換熱器的設(shè)計

下列轉(zhuǎn)載的文章供你參考：列管式換熱器的設(shè)計和選用（1） 列管式換熱器的設(shè)計和選用應(yīng)考慮的問題
　　◎ 冷、熱流體流動通道的選擇
　　　具體選擇冷、熱流體流動通道的選擇
　　在換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，下列幾點(diǎn)可作為選擇的一般原則：
a) 不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗方便。
b) 腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕。
c) 壓力高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力。
d) 飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流速無關(guān)，而且冷凝液容易排出。
e) 流量小而粘度大（ ）的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re>100即可達(dá)到湍流。但這不是絕對的，如流動阻力損失允許，將這類流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。
f) 若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體通入殼程，以減小熱應(yīng)力。
g) 需要被冷卻物料一般選殼程，便于散熱。
　　以上各點(diǎn)常常不可能同時滿足，應(yīng)抓住主要方面，例如首先從流體的壓力、防腐蝕及清洗等要求來考慮，然后再從對阻力降低或其他要求予以校核選定。
　　◎ 流速的選擇
　　　常用流速范圍流速的選擇
　　流體在管程或殼程中的流速，不僅直接影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而且影響污垢熱阻，從而影響傳熱系數(shù)的大小，特別對于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過低甚至可能導(dǎo)致管路堵塞，嚴(yán)重影響到設(shè)備的使用，但流速增大，又將使流體阻力增大。因此選擇適宜的流速是十分重要的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，表4.7.1及表4.7.2列出一些工業(yè)上常用的流速范圍，以供參考。
　　表4.7.1 列管換熱器內(nèi)常用的流速范圍流體種類流速 m/s管程殼程一般液體
宜結(jié)垢液體
氣 體0.5～0.3
>1
5～300.2～1.5
>0.5
3～15
　　表4.7.2 液體在列管換熱器中流速（在鋼管中）液體粘度 最大流速 m/s>1500
1000～500
500～100
100～53
35～1
>10.6
0.75
1.1
1.5
1.8
2.4◎ 流動方式的選擇
　　　流動方式選擇流動方式的選擇
　　除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動。當(dāng)流量一定時，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對傳熱過程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失，即輸送流體的動力費(fèi)用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。
　　當(dāng)采用多管程或多殼程時，列管式換熱器內(nèi)的流動形式復(fù)雜，對數(shù)平均值的溫差要加以修正，具體修正方法見4.4節(jié)。
　　◎ 換熱管規(guī)格和排列的選擇
　　　具體選擇 換熱管規(guī)格和排列的選擇
　　換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對于潔凈的流體管徑可取小些。但對于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用 和 兩種規(guī)格，對一般流體是適應(yīng)的。此外，還有 ，φ57×2.5的無縫鋼管和φ25×2, 的耐酸不銹鋼管。
　　按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長度。實(shí)際所取管長應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)的鋼管長度多為6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有1.5，2，3，4.5，6和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時，管子的長度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長與管徑之比，即L/D約為4～6。
管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種（圖4.7.11a，圖4.7.11b）。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對易結(jié)垢流體更為適用。如將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn)45°安裝（圖4.7.11c），可在一定程度上提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。
　　　　　　圖4.7.11 管子在管板上的排列
　　◎ 折流擋板
　　　折流擋板間距的具體選擇折流擋板
　　安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。
　　對圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對殼程流體的流動情況有重要影響。由圖4.7.12可以看出，弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生"死區(qū)"，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。
　　　a.切除過少　　　b.切除適當(dāng) 　　c.切除過多
　　　　　　圖4.7.12　擋板切除對流動的影響
　　擋板的間距對殼體的流動亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.2～1.0倍。我國系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：
　　固定管板式有100，150，200，300，450，600，700mm七種
浮頭式有100，150，200，250，300，350，450（或480），600mm八種。（2）流體通過換熱器時阻力的計算
　　換熱器管程及殼程的流動阻力，常?？刂圃谝欢ㄔ试S范圍內(nèi)。若計算結(jié)果超過允許值時，則應(yīng)修改設(shè)計參數(shù)或重新選擇其他規(guī)格的換熱器。按一般經(jīng)驗(yàn)，對于液體?？刂圃?04～105Pa范圍內(nèi)，對于氣體則以103～104Pa為宜。此外，也可依據(jù)操作壓力不同而有所差別，參考下表。換熱器操作允許壓降△P換熱器操作壓力P(Pa)允許壓降△P<105 (絕對壓力)
0～105 (表壓)
>105 (表壓)0.1P
0.5P
>5×104 Pa◎ 管程阻力
　　　管程阻力可按一般摩擦阻力計算式求得。
　　　具體計算公式管程阻力損失
　　管程阻力損失可按一般摩擦阻力計算式求得。但管程總的阻力 應(yīng)是各程直管摩擦阻力 、每程回彎阻力 以及進(jìn)出口阻力 三項之和。而 相比之下?？珊雎圆挥嫛Ｒ虼丝捎孟率接嬎愎艹炭傋枇p失 ：
　　　　　
　　　式中 　每程直管阻力 ；
　　　　　　每程回彎阻力 ；
　　　　　　Ft－結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，無因次，對于 的管子，F(xiàn)t=1.4，對于 的管子Ft=1.5；
　　　　　　Ns－串聯(lián)的殼程數(shù)，指串聯(lián)的換熱器數(shù)；
　　　　　　Np－管程數(shù)；
　　由此式可以看出，管程的阻力損失（或壓降）正比于管程數(shù)Np的三次方，即
　　　　　 ∝
　　對同一換熱器，若由單管程改為兩管程，阻力損失劇增為原來的8倍，而強(qiáng)制對流傳熱、湍流條件下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只增為原來的1.74倍；若由單管程改為四管程，阻力損失增為原來的64倍，而表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只增為原來的3倍。由此可見，在選擇換熱器管程數(shù)目時，應(yīng)該兼顧傳熱與流體壓降兩方面的得失。
　　◎ 殼程阻力
　　　對于殼程阻力的計算，由于流動狀態(tài)比較復(fù)雜，計算公式較多，計算結(jié)果相差較大。
　　　埃索法計算公式殼程阻力損失
　　對于殼程阻力損失的計算，由于流動狀態(tài)比較復(fù)雜，提出的計算公式較多，所得計算結(jié)果相差不少。下面為埃索法計算殼程阻力損失的公式：
　　　　　　　
　　　式中 -殼程總阻力損失， ；
　　　　　　 -流過管束的阻力損失， ；
　　　　　　 -流過折流板缺口的阻力損失， ；
　　　　　　Fs-殼程阻力結(jié)垢校正系數(shù)，對液體可取Fs=1.15，對氣體或可凝蒸汽取Fs=1.0；
　　　　　　Ns-殼程數(shù)；
　　　又管束阻力損失 　
　　折流板缺口阻力損失
　　　式中 -折流板數(shù)目；
　　　　　 -橫過管束中心的管子數(shù)，對于三角形排列的管束， ；對于正方形排列的管束， ， 為每一殼程的管子總數(shù)；
　　　　　B-折流板間距，m；
　　　　　D-殼程直徑，m；
　　　　　 -按殼程流通截面積或按其截面積 計算所得的殼程流速，m/s；
　　　　　F-管子排列形式對壓降的校正系數(shù)，對三角形排列F=0.5，對正方形排列F=0.3，對正方形斜轉(zhuǎn)45°，F(xiàn)=04；
　　　　　 -殼程流體摩擦系數(shù)，根據(jù) ，由圖4.7.13求出（圖中t為管子中心距），當(dāng) 亦可由下式求出：
　　　　　　　　　　
　　因 ， 正比于 ，由式4.7.4可知，管束阻力損失 ，基本上正比于 ，即
　　　　　　　　　　 ∝
若擋板間距減小一半， 劇增8倍，而表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 只增加1.46倍。因此，在選擇擋板間距時，亦應(yīng)兼顧傳熱與流體壓降兩方面的得失。同理，殼程數(shù)的選擇也應(yīng)如此。
　　　　　　　　圖4.7.13 殼程摩擦系數(shù)f0與Re0的關(guān)系列管式換熱器的設(shè)計和選用(續(xù))?。?）列管式換熱器的設(shè)計和選用的計算步驟
　　設(shè)有流量為去qm,h的熱流體，需從溫度T1冷卻至T2，可用的冷卻介質(zhì)入口溫度t1，出口溫度選定為t2。由此已知條件可算出換熱器的熱流量Q和逆流操作的平均推動力 。根據(jù)傳熱速率基本方程：
　　　　　　
　　當(dāng)Q和 已知時，要求取傳熱面積A必須知K和 則是由傳熱面積A的大小和換熱器結(jié)構(gòu)決定的?？梢?，在冷、熱流體的流量及進(jìn)、出口溫度皆已知的條件下，選用或設(shè)計換熱器必須通過試差計算，按以下步驟進(jìn)行。
　　◎ 初選換熱器的規(guī)格尺寸
　　◆ 初步選定換熱器的流動方式，保證溫差修正系數(shù) 大于0.8，否則應(yīng)改變流動方式，重新計算。
　　◆ 計算熱流量Q及平均傳熱溫差△tm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計總傳熱系數(shù)K估，初估傳熱面積A估。
　　◆ 選取管程適宜流速，估算管程數(shù)，并根據(jù)A估的數(shù)值，確定換熱管直徑、長度及排列。 ◎ 計算管、殼程阻力
　　在選擇管程流體與殼程流體以及初步確定了換熱器主要尺寸的基礎(chǔ)上，就可以計算管、殼程流速和阻力，看是否合理?；蛘呦冗x定流速以確定管程數(shù)NP和折流板間距B再計算壓力降是否合理。這時NP與B是可以調(diào)整的參數(shù)，如仍不能滿足要求，可另選殼徑再進(jìn)行計算，直到合理為止。
　　◎ 核算總傳熱系數(shù)
　　分別計算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定污垢熱阻，求出總傳系數(shù)K計，并與估算時所取用的傳熱系數(shù)K估進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。
　　◎ 計算傳熱面積并求裕度
　　根據(jù)計算的K計值、熱流量Q及平均溫度差△tm，由總傳熱速率方程計算傳熱面積A0，一般應(yīng)使所選用或設(shè)計的實(shí)際傳熱面積AP大于A020%左右為宜。即裕度為20%左右，裕度的計算式為：
　　　　　　 換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑如欲強(qiáng)化現(xiàn)有傳熱設(shè)備，開發(fā)新型高效的傳熱設(shè)備，以便在較小的設(shè)備上獲得更大的生產(chǎn)能力和效益，成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一個重要問題。
　　依總傳熱速率方程：
　　　　　　　　
強(qiáng)化方法：提高 K、A、 均可強(qiáng)化傳熱。
　　◎提高傳熱系數(shù)K
　　　　
　　熱阻主要集中于 較小的一側(cè)，提高 小的一側(cè)有效。
　　◆ 降低污垢熱阻
　　◆ 提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
　　　 提高 的方法：
無相變化傳熱：
　　　　　1） 加大流速；
　　　　　2）人工粗造表面；
　　　　　3）擾流元件。 有相變化傳熱：
　　　　蒸汽冷凝 ：
　　　　　1）滴狀冷凝，
　　　　　2）不凝氣體排放，
　　　　　3）氣液流向一致 ，
　　　　　4）合理布置冷凝面，
　　　　　5）利用表面張力 （溝槽 ，金屬絲）液體沸騰：
　　　　　1）保持核狀沸騰，
　　　　　2） 制造人工表面，增加汽化核心數(shù)。
　　◎ 提高傳熱推動力
　　　　　加熱蒸汽P ，
　　◎ 改變傳熱面積A
　　關(guān)于傳熱面積A的改變，不以增加換熱器臺數(shù)，改變換熱器的尺寸來加大傳熱面積A，而是通過對傳熱面的改造，如開槽及加翅片、以不同異形管代替光滑圓管等措施來加大傳熱面積以強(qiáng)化傳熱過程。

列管式換熱器設(shè)計

2、設(shè)計方案的選擇
2．1換熱器型式的選擇
在乙醇精餾過程中塔頂一般采用的換熱器為列管式換熱器，故初步選定在此次設(shè)計中的換熱器為列管式換熱器。
列管式換熱器的型式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫度差來確定。在乙醇精餾的過程中乙醇是在常壓飽和溫度下冷凝，進(jìn)口溫度為76℃，出口溫度為45。冷卻介質(zhì)為水，入口溫度為24℃，出口溫度為36℃，兩流體的溫度差不是很大，再根據(jù)概述中各種類型的換熱器的敘述，綜合以上可以選用固定管板式換熱器。
2．2流體流速的選擇
流體流速的選擇涉及到傳熱系數(shù)、流動阻力及換熱器結(jié)構(gòu)等方面。增大流速，可加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢的形成，使總傳熱系數(shù)增大；但同時使流動阻力加大，動力消耗增多；選擇高流速，使管子的數(shù)目減小，對一定換熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)，管子太長不利于清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶄鳠釡夭钕陆?。因此，一般需通過多方面權(quán)衡選擇適宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范圍，可供設(shè)計時參考。選擇流速時，應(yīng)盡可能避免在層流下流動。

表1 管殼式換熱器中常用的流速范圍
流體的種類 一般流體 易結(jié)垢液體 氣體
流速，m/s 管程 0.5 ~3.0 > 1.0 5.0 ~30
殼程 0.2 ~1.5 > 0.5 3.0 ~15
表2 管殼式換熱器中不同粘度液體的常用流速
液體粘度，mPa·s > 1500 1500 ~500 500 ~100 100 ~35 35 ~ 1 < 1
最大流速，m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4
表3 管殼式換熱器中易燃、易爆液體的安全允許速度
液體名稱 乙醚、二硫化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油 丙酮
安全允許速度，m/s < 1 < 2 ~3 < 10
由于使用的冷卻介質(zhì)是井水，比較容易結(jié)垢，乙醇則不易結(jié)垢。水和乙醇的粘度都較小，參考以上三個表格數(shù)據(jù)可以初步選定管程流速為0.9m/s，殼程流速為7m/s。
2．3流體出口溫度的確定
冷卻介質(zhì)水的入口溫度24℃，出口溫度為36℃，故，可以求得水的定性溫度為：Tm=30℃
熱流體乙醇在飽和溫度下冷凝，故可以確定入口溫度和出口溫度相同，故乙醇的定性溫度Tm=60.5℃。
2．4管程數(shù)和殼程數(shù)的確定
當(dāng)換熱器的換熱面積較大而管子又不能很長時，就得排列較多的管子，為了提高流體在管內(nèi)的流速，需將管束分程。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流動阻力加大，動力能耗增大，同時多程會使平均溫差下降，設(shè)計時應(yīng)權(quán)衡考慮。管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有 1、2、4、6 四種。采用多程時，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)相等。
管程數(shù)N按下式計算：
N=u/v
式中 u——管程內(nèi)流體的適宜流速；
V——管程內(nèi)流體的實(shí)際流速。第二章 工藝設(shè)計計算
1確定物性數(shù)據(jù)
水的定性溫度為Tm=(24+36)/2=30℃，乙醇的定性溫度為Tm=(76+45)/2=60.5℃
兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)
物性
流體
乙醇 60.5 757 0.6942 2.83 0.1774
水 30 996 0.0.8 4.20 0.617
2熱負(fù)荷及傳熱面積的確定
1、計算熱負(fù)荷
冷凝量=3.51Kg/s
熱負(fù)荷 Q1=r= 3.51×2.83×31=307.93kW
2、計算冷卻水用量
換熱器損失的熱負(fù)荷：以總傳熱量的3%計；
則Q2=q/(1-0.03)=317.46kW
水的流量可由熱量衡算求得,即
==317460/4.2(36-24)=9.35kg/s
3、計算有效平均溫度差：
逆流溫差℃。
4、選取經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)K值
根據(jù)管程走循環(huán)水，殼程走乙醇，總傳熱系數(shù)K現(xiàn)暫?。?br/>
5、估算換熱面積

3換熱器概略尺寸的確定
管徑和管內(nèi)流速
選用Φ25×2.5mm較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速 u1=0.8m/s。
管程數(shù)和傳熱管數(shù)
可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)

按雙程管計算，所需的傳熱管長度為

按雙程管設(shè)計，傳熱管適中，可以用雙管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實(shí)際情況，現(xiàn)取傳熱管長l=4m，則該換熱器的管程數(shù)為

傳熱管總根數(shù) N=38×2=76(根）
3、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)
平均溫差校正系數(shù)有 :
R=2.6 P=0.23
雙殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查得 ε=0.923
平均傳熱溫差
由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取雙殼程合適。
4、殼體內(nèi)徑
則橫過管數(shù)中心線管的根數(shù)
在計算殼體內(nèi)徑時可用公式：
D=t
b取傳熱管外徑，則：
D=32（10-1）+50=338mm
按卷制殼體的進(jìn)級檔，可取D=350mm
臥式固定管板式換熱器的規(guī)格如下：
公稱直徑D…………………………350mm
公稱換熱面積S……………………23.9m2
管程數(shù)……………………………2
管數(shù)n………………………………76
管長L………………………………4m
管子直徑……………………………
管子排列方式………………………正三角形
5、折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的20%，則切去的圓缺高度為h=0.20*250=75mm。
取折流板間距B=0.3D，則
B=0.3*250=105mm，可取B=150mm。
折流板數(shù) N=傳熱管長/折流板間距-1=8000/150-1=26（塊）
4面積與總傳熱系數(shù)核算
1、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
2、管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
有公式：
管程流體流通截面積
管程流體流速

普朗特數(shù)
Pr=5.446
則ai=2.2
3、污垢熱阻和管壁熱阻
管外側(cè)污垢熱阻
所以管內(nèi)側(cè)污垢熱阻
管壁熱阻計算，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50.29w/(m·K)。所以

4、傳熱系數(shù)K
依傳熱系數(shù)公式

5、傳熱面積裕度
可得所計算傳熱面積Ap為：

該換熱器的實(shí)際傳熱面積為

該換熱器的面積裕度為

5.壓降校核
1、計算管程壓降
（結(jié)垢校正系數(shù)，管程數(shù)，殼程數(shù)）
取碳鋼的管壁粗糙度為0.1mm，則，而Rei=9700，于是
對的管子有
<Pa
故, 管程壓降在允許范圍之內(nèi)。
2、計算殼程壓降
按式計算
, ,
流體流經(jīng)管束的阻力

F=0.5

殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：
取
流體流過折流板缺口的阻力
, B=0.2m , D=0.5m

總阻力
第三章 計算結(jié)果一覽表
換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果列表如下：
項目 結(jié)果 單位
換熱器公稱直徑D 350
換熱器管程數(shù) 2 ---
換熱器管子總數(shù)N 76 根
換熱器單管長度L 4 m
換熱器管子規(guī)格 mm
換熱器管子排列方式 正三角形錯列 ---
管心距 32 mm
隔板中心到最近管中心距S 22 mm
各程相鄰管管心距2S 44 mm
折流板間距B 150 mm
折流板數(shù)N 26 塊
折流板外徑 365 mm
折流板厚度 5 mm
殼體厚度 10 mm
殼程流體進(jìn)口接管規(guī)格 mm
殼程流體出口接管規(guī)格 mm
管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格 mm
封頭厚度 10 mm
封頭內(nèi)徑 350 mm
封頭曲面高度 100 mm
封頭直徑高度 20 mm
傳熱負(fù)荷Q 317.46 KW
乙醇流量 3.51 kg/s
循環(huán)水流量 9.35 Kg/s
初選總傳熱系數(shù)Ko 450 W/m2.k
初步估算傳熱面積A 23.9 m
管程流速 0.8 m/s
殼程傳熱系數(shù)o 925.4 W/m2.k
管程傳熱系數(shù)i 2200 W/m2.k
總傳熱系數(shù)K 575.4 W/m2.k
所需傳熱面積A 20.3 m
實(shí)際傳熱面積A 21.34 m
傳熱面積裕度H 5.1% ---
管程壓降Pt 3200 Pa
殼層壓降Ps 5400 Pa
第四章 換熱管圖（見附圖）
第四章 流程圖（見附圖）
第四章 設(shè)計評述
通過分析管殼式換熱器殼程傳熱與阻力性能特點(diǎn),說明在采用能量系數(shù)K/N來評
價強(qiáng)化傳熱時,應(yīng)更著眼于提高其換熱性能。本設(shè)計中：
，
K/N=0.0669
滿足要求，性能良好。
本設(shè)計通過對面積校核，壓降校核，等計算可知均滿足要求，且傳熱效率符合要求，能很好的完成任務(wù)。
經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益評價：生命周期方法是一種針對產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝對環(huán)境影響進(jìn)行評價的過程,它通過對能量和物質(zhì)消耗以及由此造成的廢棄物排放進(jìn)行辨識和量化,來評估能量和物質(zhì)利用對環(huán)境的影響,以尋求對產(chǎn)品或工藝改善的途徑。這種評價貫穿于產(chǎn)品生產(chǎn)、工藝活動的整個生命周期,包括原材料的開采和加工、產(chǎn)品制造、運(yùn)輸、銷售、產(chǎn)品使用與再利用、維護(hù)、再循環(huán)及最終處置。設(shè)計中使用水作冷卻劑，無污染，耗資少，無有害氣體產(chǎn)生，整個過程簡單，易操作，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益良好。
本設(shè)計中面積，傳熱系數(shù)，壓降等均有比較好的裕度保證，即使生產(chǎn)使用中出現(xiàn)比較大的誤差，設(shè)備結(jié)構(gòu)也能保證不出現(xiàn)打的安全損傷的事故，具有良好可靠的安全保證。
第五章 個人小結(jié)
本次課程設(shè)計是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是我們學(xué)習(xí)化工設(shè)計基礎(chǔ)的初步嘗試。通過課程設(shè)計，使我們能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識，進(jìn)行融會貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成了指定的化工設(shè)計任務(wù)，從而得到了化工程序設(shè)計的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計，使我們更加深刻的了解了工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計的程序和方法，培養(yǎng)了我們分析和解決工程實(shí)際問題的能力。

此外，通過本次課程設(shè)計，提高了我們以下方面的能力：
1 熟悉查閱文獻(xiàn)資料，搜索有關(guān)數(shù)據(jù)。正確選用公式。
2 準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行過程計算用主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算。
3 用精煉的語言，簡潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己的設(shè)計思想的計算結(jié)果。
4 同樣也發(fā)現(xiàn)了自己的諸多不足之處，對所學(xué)知識的熟悉程度不夠，浪費(fèi)了不少的時間。
第六章 參考文獻(xiàn)
1．錢頌文主編，《換熱器設(shè)計手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002。

2. 賈紹義，柴誠敬等，《化工原理課程設(shè)計》,天津大學(xué)出版社,1994.

3．匡國拄，史啟才等，《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》,化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
4. 王志魁主編，《化工原理》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
5. 陳敏恒，叢德茲等. 化工原理(上、下冊)(第二版). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
6. 何潮洪等編，《化工原理》，科學(xué)出版社，2001年.

其他相關(guān)資料等！

列管式換熱器課程設(shè)計

某生產(chǎn)過程中，需將6000
kg/h的油從140℃冷卻至40℃，壓力為0.3MPa；冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水入口溫度30℃，出口溫度為40℃。試設(shè)計一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。 1．確定設(shè)計方案 （1）選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140℃，出口溫度40℃冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度30℃，出口溫度40℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 （2）流動空間及流速的確定 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用ф25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/s。 2．確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程油的定性溫度為(℃)管程流體的定性溫度為(℃)根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 油在90℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度　　
ρo=825
kg/m3定壓比熱容　　
cpo=2.22
kJ/(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)　　
λo=0.140
W/(m·℃)粘度　　
μo=0.000715
Pa·s循環(huán)冷卻水在35℃下的物性數(shù)據(jù)： 密度　　
ρi=994
kg/m3定壓比熱容　　
cpi=4.08
kJ/(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)　　
λi=0.626
W/(m·℃)粘度　　　　
μi=0.000725
Pa·s3．計算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 Qo=WocpoΔto=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW)（2）平均傳熱溫差 (℃)（3）冷卻水用量 (kg/h)（4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù)
W/(m·℃)殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)αo=290
W/(m2·℃)； 污垢熱阻Rsi=0.000344
m2·℃/W
,
Rso=0.000172
m2·℃/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45
W/(m·℃)
=219.5
W/(m·℃)
4．計算傳熱面積 (m2)考慮
15％的面積裕度，S=1.15×S′=1.15×42.8=49.2(m2)。 5．工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速 選用ф25×2.5傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui=0.5m/s。 （2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)
按單程管計算，所需的傳熱管長度為(m)按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長L=6m，則該換熱器管程數(shù)為(管程)傳熱管總根數(shù)
N=58×2=116(根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù)
第2章
換熱器設(shè)計按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。但R=10的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，可得φΔt=0.82平均傳熱溫差Δtm=φΔtΔ′tm=0.82×39=32(℃)（4）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25
d0，則 t=1.25×25=31.25≈32(mm)橫過管束中心線的管數(shù)(根)（5）殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η＝0.7，則殼體內(nèi)徑為 (mm)圓整可取D＝450mm （6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25％，則切去的圓缺高度為h＝0.25×450＝112.5(mm)，故可取h＝110
mm。 取折流板間距B＝0.3D，則B＝0.3×450＝135(mm)，可取B為150。 折流板數(shù)
NB=傳熱管長/折流板間距-1=6000/150-1=39(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為
u＝1.0
m/s，則接管內(nèi)徑為
取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50
mm。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速
u＝1.5
m/s，則接管內(nèi)徑為
6．換熱器核算 （1）熱量核算 ①殼程對流傳熱系數(shù)
對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 (m) 殼程流通截面積 (m) 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為
普蘭特準(zhǔn)數(shù)
粘度校正 W/(m2·℃) ②管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積(m2) 管程流體流速
普蘭特準(zhǔn)數(shù)W/(m2·℃) ③傳熱系數(shù)K
=310.2
W/(m·℃)④傳熱面積S(m2)該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp(
m2)該換熱器的面積裕度為
傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 （2）換熱器內(nèi)流體的流動阻力 ①管程流動阻力 ∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNpNs=1,
Np=2,
Ft=1.5
由Re＝13628，傳熱管相對粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄圖得λi＝0.037
W/m·℃， 流速ui＝0.497
m/s，ρ＝994
kg/m3，所以
管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。 ②殼程阻力 ∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNsNs＝l，F(xiàn)t＝l流體流經(jīng)管束的阻力
流體流過折流板缺口的阻力
總阻力∑ΔPo＝1202＋636.2＝1838.2(Pa)＜10
kPa殼程流動阻力也比較適宜。 ③換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果
換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見表2-13。 表2-13換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果
換熱器形式：固定管板式
管口表 換熱面積（m2）:48 符號 尺寸 用途 連接型式 工藝參數(shù) a DN80 循環(huán)水入口 平面 名稱 管程 殼程 b DN80 循環(huán)水出口 平面 物料名稱 循環(huán)水 油 c DN50 油品入口 凹凸面 操作壓力，MPa 0.4 0.3 d DN50 油品出口 凹凸面 操作溫度，℃ 29/39 140/40 e DN20 排氣口 凹凸面 流量，kg/h 32353 6000 f DN20 放凈口 凹凸面 流體密度，kg/m3 994 825 附圖
流速，m/s
0.497
0.137
傳熱量，kW
366.7
總傳熱系數(shù)，W/m2·K
310.2
傳熱系數(shù)，W/m2·K
2721
476
污垢系數(shù)，m2·K/W
0.000344
0.000172
阻力降，MPa
0.00173
0.00184
程數(shù)
2
1
推薦使用材料
碳鋼
碳鋼
管子規(guī)格
ф25×2.5
管數(shù)116
管長mm:6000
管間距，mm
32
排列方式
正三角形
折流板型式
上下
間距，mm
150
切口高度25%
殼體內(nèi)徑，mm
450
保溫層厚度，mm
熱交換設(shè)備
longpai /chanpin/Default_1_1.html

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》列管式換熱器的設(shè)計

1.屈服點(diǎn)：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應(yīng)力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。
2.抗拉強(qiáng)度：金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值。
3.低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。
4.鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。
5. 鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換熱設(shè)備的受熱面和蒸汽管路，鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對其性能要求也較高。
6. 容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格，對壓力容器用鋼板有比較嚴(yán)格的要求。
Q235-A普通碳素甲類鋼 --- --- A：甲類鋼
16MnR 普通低合金鋼 含碳0.16% 合金元素含量 <1.5% R：容器鋼
Cr18Ni9Ti 奧氏體不銹鋼 0.1% Cr:18%;Ni:9%;Ti:1.5% ---
43壓力壓力壓力壓力容器的分類容器的分類容器的分類容器的分類 按承壓性質(zhì)按承壓性質(zhì)按承壓性質(zhì)按承壓性質(zhì)：：：： (1)內(nèi)壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力 (2)外壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力小于外界壓力 (3)真空：內(nèi)部壓力小于一個絕壓的外壓 按容器壁溫按容器壁溫按容器壁溫按容器壁溫：：：： (1)常溫容器：壁溫-20℃至200℃； (2)高溫容器：壁溫達(dá)到蠕變溫度,碳素鋼或低合金鋼容器，溫度超過420℃，合金鋼超過450℃，奧氏體不銹鋼超過550℃，均屬高溫容器； (3)中溫容器：在常溫和高溫之間； (4)低溫容器：壁溫低于-20℃, -20℃至-40℃為淺冷容器，低于-40℃者為深冷容器。 根據(jù)壓力等級根據(jù)壓力等級根據(jù)壓力等級根據(jù)壓力等級、、、、介質(zhì)毒性危害程度以及生產(chǎn)中的作用介質(zhì)毒性危害程度以及生產(chǎn)中的作用介質(zhì)毒性危害程度以及生產(chǎn)中的作用介質(zhì)毒性危害程度以及生產(chǎn)中的作用，，，，壓力容器可分為三類壓力容器可分為三類壓力容器可分為三類壓力容器可分為三類：：：：第一類壓力容器、第二類壓力容器、第三類壓力容器 不包括核能、船舶專用、直接受火焰加熱容。
常溫容器 -20℃——200℃ 低壓容器 0.1<=P<=1.6
中溫容器 壁溫在常溫和高溫之間 中壓容器 P=1.6——10
高溫容器 壁溫達(dá)到材料蠕變溫度 高壓容器 P=10——100
低溫容器 壁溫低于-20℃ 超高壓容器 P>=100
7.薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1的容器。
8.回轉(zhuǎn)殼體：殼體的中間面是直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸線旋轉(zhuǎn)360°而成的殼體。
9.經(jīng)線：若通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線。
10.薄膜理論：薄膜應(yīng)力是只有拉壓正應(yīng)力沒有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)力狀態(tài)，也稱為無力矩理論。
11.第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M處經(jīng)線的曲率半徑。
12.小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。
13.區(qū)域平衡方程式：計算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(yīng)力的公式。
14.邊緣應(yīng)力：內(nèi)壓圓筒壁上的彎曲應(yīng)力及連接邊緣區(qū)的變形與應(yīng)力。
15.邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進(jìn)入塑性變形階段時，彈性約束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力就自動限制。
16. 開孔后，為什么要補(bǔ)強(qiáng)？
17.常用的墊片材料有哪些？
金屬，非金屬，非金與金屬混合制的墊片
18.無力矩理論的適用條件？
應(yīng)用無力矩理論的條件是殼體和外載必須滿足下列條件：
（1）殼體應(yīng)具有連續(xù)曲面，不存在殼體形狀突變或厚度突變情況，否則殼體幾何曲面是不連續(xù)的。
（2）殼體所承受的外載荷應(yīng)當(dāng)連續(xù)均布，不存在集中載荷和力矩這樣的突變載荷。
（3）殼體邊界的固定形式應(yīng)當(dāng)為自由支承，凡會限制邊界自由變形的邊界連接。都不符合這一要求。
（4）殼體邊界上的外力應(yīng)在殼體曲面的切平面內(nèi)，要求在邊界上無橫剪力和彎矩。
此外，殼體各部位材料的物理性質(zhì)應(yīng)相同。

在什么情況下需要考慮邊緣應(yīng)力在什么情況下需要考慮邊緣應(yīng)力在什么情況下需要考慮邊緣應(yīng)力在什么情況下需要考慮邊緣應(yīng)力？ 塑性好的材料可減少容器發(fā)生破壞。局部性與自限性，設(shè)計中一般不按局部應(yīng)力來確定厚度，而是在結(jié)構(gòu)上作局部處理。但對于脆性材料，必須考慮邊緣應(yīng)力的影響。

31常用封頭形式有哪些種常用封頭形式有哪些種常用封頭形式有哪些種常用封頭形式有哪些種？？？？各有什么特點(diǎn)各有什么特點(diǎn)各有什么特點(diǎn)各有什么特點(diǎn)？？？？ 球冠形封頭、平板封頭邊緣應(yīng)力較大，平板封頭厚度較大，平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在壓力不高，直徑較小的容器中采用。承壓設(shè)備人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉的地方，才用平板蓋。(2分） 錐形封頭： 廣泛用于化工設(shè)備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等)的底蓋，便于收集與卸除設(shè)備中的固體物料。塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體連接，稱為變徑段。(1分） 凸形封頭： 半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重量輕，但深度大制造難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭深度可調(diào)節(jié)，適合于加工，但曲率不連續(xù)，局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好。(2分）

22為什麼要進(jìn)行壓力試驗(yàn)?zāi)貫槭颤N要進(jìn)行壓力試驗(yàn)?zāi)貫槭颤N要進(jìn)行壓力試驗(yàn)?zāi)貫槭颤N要進(jìn)行壓力試驗(yàn)?zāi)?？？？?制造加工過程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗(yàn)方法是液壓試驗(yàn)。常溫水。也可用不會發(fā)生危險的其它液體試驗(yàn)時液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。不適合作液壓試驗(yàn)，如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干，或容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干，或由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)。36常用的墊片材料有哪些常用的墊片材料有哪些常用的墊片材料有哪些常用的墊片材料有哪些？？？？ 墊片適當(dāng)變形和回彈能力是形成密封的必要條件。 最常用墊片分為： （1）非金屬(橡膠石棉板、聚四氟乙烯)柔軟、耐溫度和壓力性能較金屬墊片差。只適用于常、中溫和中、低壓設(shè)備和管道的法蘭密封 （2）金屬：材料一般并不要求強(qiáng)度高，而是要求軟韌。常用是軟鋁、紫銅、鐵(軟鋼)、蒙耐爾合金(含Ni67％，Cu30％，Cr4～5％)鋼等。主要用于中、高溫和中、高壓法蘭聯(lián)接密封。 （3）非金屬與金屬混合制的墊片：金屬包墊片及纏繞墊片等。金屬包墊片用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、0Cr18Ni9等）將非金屬包起來；金屬纏繞墊片是薄低碳鋼帶(或合金鋼帶)與石棉帶一起繞制而成。不帶定位圈和帶定位圈。金屬包墊片及纏繞墊片較單純的金屬墊片有較好的性能，適應(yīng)的溫度與壓力范圍較高一些。

以上就是小編對于化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計,化工原理課程設(shè)計列管式換熱器的設(shè)計問題和相關(guān)問題的解答了，化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計列管式換熱器設(shè)計,化工原理課程設(shè)計列管式換熱器的設(shè)計的問題希望對你有用！